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所有需要使用風扇散熱的電機與電子產品的設計工程師，必須決定一個特定系統(tǒng)散熱所需的風量，而所需的風量取決于了解系統(tǒng)的耗電量及是否能帶走足夠的熱量，以預防系統(tǒng)過熱的情形發(fā)生。事實顯示，系統(tǒng)的使用年限會由于冷卻系統(tǒng)的不足而降低，所以設計工程師也應該明白，系統(tǒng)的銷售量與價格，可能因為系統(tǒng)的使用年限不符使用者的預期而下降。
欲選擇正確的通風組件，必須考慮下列目標：
- 最好的空氣流動效率
- 最小的適合尺寸
- 最小的噪音
- 最小的耗電量
- 最大的可靠度與使用壽命
- 合理的總成本
以下三個選擇正確散熱扇或鼓風扇的重要步驟，可幫你達成上述幾個目標。
步驟一：總冷卻需求
首先必須了解三個關鍵因素以得到總冷卻需求：
- 必須轉換的熱量即溫差(DT)
- 抵消轉換熱量的瓦特數(shù)(W)
- 移除熱量所需的風量(CFM)
總冷卻需求對于有效地運作系統(tǒng)甚為重要。有效率的系統(tǒng)運作必須提供理想的運作條件，使所有系統(tǒng)內的組件均能發(fā)揮最大的功能與最長的使用年限。下列幾個方式，可用來選擇一般用的風扇馬達：
- 算出設備內部產生的熱量
- 決定設備內部所能允許的溫度上升范圍。
- 從方程式計算所需的風量。
- 估計設備用的系統(tǒng)阻抗。
- 根據(jù)目錄的特性曲線或規(guī)格書來選擇所需的風扇
如果已知系統(tǒng)設備內部散熱量與允許的總溫度上升量，可得到冷卻設備所需的風量。
以下為基本的熱轉換方程式:
H = Cp × W × △T
其中.............
H = 熱轉換量
Cp = 空氣比熱
△T = 設備內上升的溫度
W = 流動空氣重量
我們已知 W = CFM x D
其中, D = 空氣密度
經由代換后，我們得到:
CFM=H/Cp x D x T
再由轉換因子(conversion factors)與代入海平面空氣的比熱與密度，可得到以下的散熱方程式：
CFM = 3.16×瓦／△℉ =1.76 x瓦／△° C
然后得到下列方程式:
m3/min=0.09x瓦／△℉ =0.05 x瓦／△° C
1m3/min=35.315CFM
其中,
Q : 冷卻所需的風量
P : 設備內部散熱量(即設備消耗的電功率)
Tf : 允許內部溫升 (華氏)
Tc : 允許內部溫升(攝氏)
DT = DT1 與DT2之溫差
舉例：
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例一：設備內部消耗電功率為500瓦，溫差為華氏20度，下列為其計算結果：
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CFM=3.16 x 500/20=79CFM或2.24m3/min |
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步驟二：全部系統(tǒng)阻抗／系統(tǒng)特性曲線
空氣流動時，氣流在其流動路徑會遇上系統(tǒng)內部零件的阻擾，其阻抗會限制空氣自由流通。壓力的變化即測量到的靜壓，以英吋水柱表示。
為了確認每一槽排(slot)之冷卻瓦特數(shù)，系統(tǒng)設計或制造廠商不但必須有風扇的有效風扇特性曲線以決定其最大風量，而且必須知道系統(tǒng)的風阻曲線。此損失因風量而變化，系統(tǒng)內部的零件會造成風壓的損失。即所謂的系統(tǒng)阻抗。
系統(tǒng)特性曲線之定義如下：
DP=KQn
其中,
K = 系統(tǒng)特定系數(shù)
Q= 風量 (立方呎)
n= 擾流因素，1 < n < 2
平層氣流時， n=1
亂流氣流時， n=2
步驟三：系統(tǒng)操作工作點
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系統(tǒng)特性曲線與風扇特性曲線的交點，稱為系統(tǒng)操作工作點，該工作點即風扇之最佳運作點。
操作工作點 :
在工作點，風扇特性曲線之變化斜率為最小，而系統(tǒng)特性曲線之變化率為最低。
注意此時的風扇靜態(tài)效率
(風量×風壓÷耗電)為最佳化。
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設計時應考慮項目：
1. 保持空氣流動盡量不受阻擾，入風口與出風口保持暢通。
2. 引導氣流垂直通過系統(tǒng)，以確保氣流順暢而提升冷卻效率。
3. 如需加裝空氣濾網，應考慮其增加的空氣流動阻力。 |
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